БИОЛОГИЯ Том 2 - руководство по общей биологии - 2004

15. ЗДОРОВЬЕ И БОЛЕЗНЬ

15.4. Дезинфицирующие средства, стерилизация и антисептика

15.4.3. Антибиотики

Антибиотики первоначально определялись как вещества, образуемые микроорганизмами (в основном бактериями, реже — грибами) и способные убивать или подавлять рост других микроорганизмов (разд. 12.10.2). Со временем рамки этого определения расширились. Антибиотиками теперь принято называть не только противомикробные препараты, но и их синтетические производные. Кроме того, выяснилось, что вещества с антимикробным действием вырабатывают также растения и животные, включая человека.

Антибиотики делят на биоцидные и биостатические. Биостатики, например хлорамфеникол, эритромицин и тетрациклины, подавляют рост и размножение микробов, не убивая их. Если удалить такие агенты из среды, микробный рост может возобновиться. Биоциды, например стрептомицин, цефалоспорины, пенициллины и полимиксины, убивают микроорганизмы. При снижении концентрации вещества его биоцидное действие может смениться биостатическим. Антибиотики, влияющие на бактерий, в зависимости от характера их действия называют соответственно бактерицидными или бактериостатическими.

В 1928 г. сэр Александр Флеминг заметил, что плесень (гриб рода Penicillium), поселившаяся на чашке с культурой золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus), подавляет рост этой бактерии. Позднее антимикробное вещество, продуцируемое этим грибом, было выделено и названо пенициллином. Открытие пенициллина сыграло важную роль во время второй мировой войны; благодаря этому антибиотику многие бойцы были спасены от раневой инфекции (разд. 12.11.1).

Первые бактерицидные препараты (не антибиотики в строгом смысле слова) были синтезированы еще до войны. Например, немецкие врачи в 1935 г. обнаружили, что красный краситель под названием пронтосил излечивает инфекцию, вызываемую гемолитическими стрептококками. Активный компонент этого красителя был назван стрептоцидом. Он относится к химической группе сульфаниламидов, как и многие синтезированные впоследствии близкие к нему по строению антимикробные вещества (норсульфазол, сульфадимезин и т. п.). Их используют для лечения стрептококковых и некоторых стафилококковых инфекций, менингита, пневмонии, воспаления мочеполовых путей, а также венерических заболеваний, в частности гонореи.

Сульфаниламиды — бактериостатические препараты. По механизму действия — это конкурентные ингибиторы некоторых микробных ферментов (см. разд. 4.4.1). Когда размножение бактерий под влиянием химиотерапии прекращается, защитные системы организма сами постепенно их уничтожают. Бактерицидные антибиотики, появившиеся после открытия Флеминга, действуют на патогенные микроорганизмы сильнее и быстрее. Они особенно эффективны при поражении центральной нервной системы или суставных полостей, т. е. в тех случаях, когда защитные системы организма практически бессильны.

Механизм действия антибиотиков

Антибиотики действуют на микроорганизмы различными способами, но, как правило, нарушают метаболические процессы, имеющие место у микробов, но отсутствующие у их хозяев. Например, ферментный комплекс, осуществляющий синтез белка у бактерий, несколько отличается от соответствующего аппарата у эукариот; есть разница и в строении их клеточной стенки. Именно эти структуры, как оказалось, и являются основными мишенями для действия антибиотиков. В табл. 15.11 приведены соответствующие примеры.

Таблица 15.11. Наиболее распространенные антибиотики

Антибиотики широкого спектра действия эффективны против многих видов патогенных микробов из различных групп. Например тетрациклины и хлорамфеникол поражают почти все широко распространенные грамположительные и грамоотрицательные бактерии. Антибиотики узкого спектра действия эффективны в отношении лишь определенной группы микробов. Например, пенициллины не действуют на большинство грамположительных бактерий, в том числе на такой важный патоген, как возбудитель туберкулеза.

Резистентность

Одна из серьезных медицинских проблем — развитие у патогенных бактерий резистентности (устойчивости) к антибиотикам. Вероятность появления штаммов, устойчивых к определенному препарату, коррелирует с масштабами его применения, а также с рационом больных. Зависит она и от химической природы антибиотика.

Механизмы устойчивости различны. Например, у микроба может отсутствовать тот путь метаболизма, на который действует антибиотик. Так, грамотрицательные бактерии обладают естественной резистентностью к пенициллину, поскольку синтез их клеточной стенки не включает химических реакций, ингибируемых этим антибиотиком. В других случаях устойчивость обусловлена невозможностью проникновения антибиотика в микробную клетку. Например, резистентность к тетрациклину может возникать в результате синтеза белка, который встраивается в наружную мембрану бактерии и «выкачивает» из нее антибиотик, не давая ему достичь опасной для метаболизма концентрации.

Иногда микроорганизмы содержат ферменты, разрушающие антибиотики. Наиболее известный пример — пенициллиназы, гидролизующие пенициллины и цефалоспорины. Следовательно, такие микроорганизмы будут резистентны к этим антибиотикам. Однако некоторые полусинтетические антибиотики из группы пенициллинов в связи с особенностями своей структуры устойчивы к такому гидролизу, что позволяет преодолеть основанную на нем резистентность.

Причиной резистентности к антибиотику может быть и изменение химической структуры бактериальной клетки. Например, замена одной единственной аминокислоты в рибосомном белке бактерии делает невозможным связывание антибиотика с рибосомой, что необходимо для подавления белкового синтеза у бактерии, т. е. для ее уничтожения. Таким образом, столь незначительное изменение в химической структуре бактерии делает ее неуязвимой для антибиотика.

С генетической точки зрения приобрести резистентность организм может двумя путями.

1. Мутация. Случайные, или спонтанные, мутации достаточно редки, однако популяции микроорганизмов любого вида настолько многочисленны, что вероятность появления хотя бы нескольких резистентных клеток вполне реальна. Применение антибиотика даст им селективное преимущество над чувствительными сородичами, которое приведет к естественному отбору устойчивых клонов и превращению их в доминирующую форму.

2. Передача резистентности. Гены, обусловливающие резистентность, могут передаваться от одной бактерии к другой различными путями. Наиболее обычный механизм — конъюгация, простейшая форма полового процесса, описанная в разд. 2.3.3. Гены резистентности часто находятся в плазмидах (мелких кольцевых фрагментах ДНК). Они способны реплицироваться, а их копии могут передаваться в ходе конъюгации чувствительным бактериям, которые в результате становятся устойчивыми к данному антибиотику. Обмен генетической информацией между микробами (даже разных видов) может привести к так называемой множественной резистентности, т. е. неуязвимости возбудителя сразу для нескольких лекарственных препаратов. Большой проблемой для многих больниц в настоящее время является инфекция, вызываемая полирезистентными штаммами золотистого стафилококка.

Антибиотики в пище людей

Антибиотики широко применяются в сельском хозяйстве. Их используют для лечения мастита у коров и других инфекций у сельскохозяйственных животных и растений, включают в рацион молодняка для стимуляции его роста; кроме того, антибиотики входят в состав кормов как консерванты. В результате следовые количества антибиотиков попадают в пищу людей и могут представлять угрозу для их здоровья. Она связана с непосредственным токсическим действием этих препаратов, аллергическими реакциями на них и развитием резистентности у поражающих нас патогенов. Справиться с инфекцией, вызванной устойчивыми микроорганизмами, с помощью обычных антибиотиков уже не удается.

В последние годы предпринимаются попытки контролировать присутствие антибиотиков в продуктах питания. Согласно существующей норме, между последним введением таких препаратов скоту и его забоем должно проходить не менее 48 часов.